近日，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所田維敏教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合崖州灣國家實(shí)驗(yàn)室/中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團(tuán)隊(duì)和梁承志研究員團(tuán)隊(duì)在國際主流雜志《Nature Communications》上發(fā)表“Genomic insight into domestication of rubber tree”研究論文，系統(tǒng)地闡明了橡膠樹早期馴化的遺傳基礎(chǔ)，揭示了增加的乳管列數(shù)量是橡膠樹早期馴化的首要性狀，并通過全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）鑒定到一個(gè)調(diào)控乳管數(shù)量的馴化基因。
天然橡膠是一種工業(yè)原材料，對(duì)國家的工業(yè)化建設(shè)及國防安全至關(guān)重要。多年來我國天然橡膠自給率持續(xù)偏低，2022年僅為13%，已嚴(yán)重威脅產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和國家戰(zhàn)略安全。橡膠樹是世界天然橡膠的主要來源。自1876年英國人魏克漢引種開始，開啟了橡膠樹人工馴化歷程。經(jīng)過一百余年的選擇和改良，目前四生代無性系熱研8-79的產(chǎn)量是未經(jīng)選擇實(shí)生樹的4倍左右，但其馴化的遺傳基礎(chǔ)有待解析。
在本研究中，研究人員首先構(gòu)建了一個(gè)高質(zhì)量橡膠樹基因組以及涵蓋335份種質(zhì)材料的遺傳變異圖譜，通過群體遺傳分析發(fā)現(xiàn)150年人工馴化在基因組層面存在的痕跡，并鑒定到多個(gè)受選擇的產(chǎn)量相關(guān)基因。樹干樹皮中的次生乳管密切聯(lián)系著天然橡膠生產(chǎn)，是橡膠樹產(chǎn)量形成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。研究人員通過GWAS分析，鑒定到一個(gè)調(diào)控乳管分化的主效基因HbPSK5。采用實(shí)驗(yàn)形態(tài)學(xué)的手段，證明人工合成的磺肽素可以有效誘導(dǎo)次生乳管形成。研究人員揭示了5個(gè)HbMYC成員可轉(zhuǎn)錄激活該基因的啟動(dòng)子。通過與中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士團(tuán)隊(duì)合作，在橡膠草中過表達(dá)HbPSK5及其轉(zhuǎn)錄激活因子HbMYC26均可以顯著促進(jìn)橡膠草根部乳管形成，進(jìn)而提高天然橡膠含量（圖1）。該研究對(duì)橡膠樹高產(chǎn)育種及其他產(chǎn)膠植物的快速馴化均具有重要的指導(dǎo)意義。
圖1 橡膠樹乳管列數(shù)關(guān)鍵基因鑒定及功能驗(yàn)證
論文第一署名單位為熱帶作物生物育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所。中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所的晁金泉副研究員、吳紹華副研究員、史敏晶研究員、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的徐霞助理研究員、浙江大學(xué)/齊禾生物的高強(qiáng)博士、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所/河北大學(xué)的杜會(huì)龍教授為論文共同第一作者，中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所田維敏教授、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所梁承志研究員和崖州灣國家實(shí)驗(yàn)室/中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋院士為論文共同通訊作者。研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)課題、國家天然橡膠產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、國家自然科學(xué)基金、中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年人才托舉工程、海南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及海南省自然科學(xué)基金創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目共同資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-40304-y
文章來源：植物生物技術(shù)
